專利名稱：培養(yǎng)細(xì)胞的方法,膜組件,膜組件的應(yīng)用和培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)細(xì)胞的方法，其中，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和一個(gè)膜組件，所述膜組件使所述兩個(gè)空間彼此連通并且該膜組件具有至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，一種透析液流過其中的一個(gè)空間而一種含有細(xì)胞的培養(yǎng)液流過第二個(gè)空間，并且將第一氣體引入用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間中的培養(yǎng)液。本發(fā)明還涉及一種膜組件，一種膜組件的應(yīng)用和一種用于培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)。
透析膜在微生物或動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)中的應(yīng)用就可達(dá)到的細(xì)胞密度或獲得的產(chǎn)物的濃度而言具有某些優(yōu)勢(shì)。R.Prtner和H.Mrkl給出了關(guān)于其中使用膜的不同生物技術(shù)生產(chǎn)方法的綜述[Appl.Microbiol.Biotechnol.(1998)50403-414]。使用透析膜的基本效果基于這一事實(shí)，即，借助一種膜脫除了所用生物體在生長(zhǎng)過程中或生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生長(zhǎng)抑制性代謝產(chǎn)物。在此，輸送是由所述代謝產(chǎn)物的濃度差異驅(qū)動(dòng)的。歐洲專利EP 0 632 827 B1描述了一種方法和一種裝置，其中闡述了這一構(gòu)思的工業(yè)應(yīng)用。更準(zhǔn)確地說，描述了一種反應(yīng)系統(tǒng)，它包括至少兩個(gè)借助于至少一個(gè)膜而相互連接的室，而且其中微生物或植物或動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)物位于一個(gè)室并且來自該室的生長(zhǎng)抑制性代謝產(chǎn)物到達(dá)另一室的溶液中。
所述的將透析膜直接結(jié)合入為培養(yǎng)生物體而提供的空間，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模(2升規(guī)模)上在技術(shù)上成功地實(shí)施過(同樣參見，R.Prtner和H.Mrkl，出處同上)。然而，將該方法放大到高達(dá)數(shù)立方米的生產(chǎn)規(guī)模就會(huì)涉及到至今尚未解決的難題。問題的根源可得到簡(jiǎn)單的解釋。人們努力開發(fā)壁厚很小(從數(shù)個(gè)μm到高達(dá)100μm)的膜，因?yàn)檫@樣的膜具有很高的透析能力。然而，所述膜僅具有有限的機(jī)械強(qiáng)度。而對(duì)迅速生長(zhǎng)的需氧生物體而言，培養(yǎng)空間中的機(jī)械應(yīng)變很高，因?yàn)樾枰氪罅靠諝饣蜓鯕夤┙o所述生物體。同時(shí)，必須脫除大量二氧化碳。這就需要通過攪拌提供大約10kW/m3的高能量輸入，從而引起對(duì)薄膜的巨大應(yīng)變。
在這方面問題要少得多的是另一種同樣已知的設(shè)置，如


圖1所示。在這種設(shè)置中，透析膜3置于培養(yǎng)空間2之外的單獨(dú)的膜組件8中。借助泵10將培養(yǎng)液泵送通過膜組件8。相應(yīng)地，借助第二個(gè)泵9從容器1向膜組件8提供透析液。將該設(shè)置放大為大生產(chǎn)規(guī)模是不成問題的，因?yàn)樵撛O(shè)置主要包括三個(gè)相互獨(dú)立的單元，即，兩個(gè)容器和一個(gè)膜組件，其尺寸可相互獨(dú)立地設(shè)計(jì)。然而，正如Ogbonna，J.Ch.和Mrkl，H.(Biotechnology and Bioengineering，Vol.41，pp.1092-1100(1993))用濃稠大腸埃希氏菌(E.coli)培養(yǎng)物的實(shí)例已經(jīng)表明的那樣，所述設(shè)置具有一個(gè)明顯的缺陷，即，部分微生物離開培養(yǎng)空間2一段時(shí)間并且在膜組件8中進(jìn)行透析過程中沒有氧氣供應(yīng)。在引用的實(shí)例中，特定的生物體途徑位于有氣體供應(yīng)的培養(yǎng)空間之外的透析組件所花費(fèi)的時(shí)間據(jù)稱是11秒。該重復(fù)發(fā)生的時(shí)間受限的供應(yīng)不足的一個(gè)后果是，可達(dá)到的細(xì)胞密度降低到110克干重/升的數(shù)值。然而，在一種不能被放大而且具有一個(gè)與培養(yǎng)空間相結(jié)合的膜的設(shè)置中，即，連續(xù)氧供應(yīng)，在其它條件相同的條件下，達(dá)到160克干重/升的生物體密度。
本發(fā)明的一個(gè)目的是進(jìn)一步開發(fā)現(xiàn)有技術(shù)已知的按照
圖1的用于培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)，該反應(yīng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間(2)、一個(gè)透析液容器(1)和一個(gè)插于二者之間的膜組件(8)，來自培養(yǎng)液的生長(zhǎng)抑制性物質(zhì)通過該膜組件到達(dá)透析液，于是獲得了較高的細(xì)胞密度。
另一目的是提供一種適合于實(shí)施本發(fā)明方法的反應(yīng)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過一種利用一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)細(xì)胞的方法來實(shí)現(xiàn)的，其中，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和一個(gè)膜組件，所述膜組件使兩個(gè)空間彼此連通并且該膜組件具有至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，一種透析液流過其中一個(gè)空間而一種含有細(xì)胞的培養(yǎng)液流過其中第二個(gè)空間，并且將第一氣體引入用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間中的培養(yǎng)液而將第二氣體引入膜組件中的培養(yǎng)液。
該目的特別是通過一種利用一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)細(xì)胞的方法來實(shí)現(xiàn)的，其中，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和一個(gè)膜組件，所述膜組件使兩個(gè)空間彼此連通并且該膜組件具有至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，一種透析液流過其中一個(gè)空間而一種含有細(xì)胞的培養(yǎng)液流過其中第二個(gè)空間，并且將第一氣體引入用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間中的培養(yǎng)液而將第二氣體引入膜組件中的培養(yǎng)液，而且所述膜功能上是一個(gè)透析膜。
本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案保證通過將第二氣體直接引入膜組件中的培養(yǎng)液而將氣體直接通入存在于膜組件中的培養(yǎng)液。
本發(fā)明方法的一個(gè)替代性實(shí)施方案保證通過將第二氣體引入透析液容器中的透析液而且氣體從那里經(jīng)由膜組件的膜到達(dá)存在于膜組件中的培養(yǎng)液而將氣體間接通入存在于膜組件中的培養(yǎng)液。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將氣體同時(shí)直接和間接地引入。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件包括至少一個(gè)供氣裝置，并且所述供氣裝置向由膜隔開并且攜帶一種液體的空間中的至少一個(gè)空間提供第二氣體。
就此而論，優(yōu)選所述供氣裝置具有一個(gè)出口，該出口特別是位于攜帶培養(yǎng)液的膜組件空間。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述供氣裝置是一個(gè)管。
在一個(gè)非常特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述供氣裝置具有噴嘴的形狀。
一個(gè)實(shí)施方案保證所述膜組件的膜由一種選自再生纖維素、聚酰胺、聚丙烯和聚砜的材料制成。
另一個(gè)實(shí)施方案保證所述膜組件是一種板式組件。
本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案以及本發(fā)明膜組件的一個(gè)實(shí)施方案保證所述膜組件的膜是一種透析膜。
就此而論，特別優(yōu)選所述透析膜材料是銅紡(Cuprophan)。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述膜組件由于其面積/體積比和其氣體滲透性系數(shù)而為細(xì)胞提供充分的氣體交換。
這方面的一個(gè)實(shí)施方案保證所述面積/體積比是至少大約5平方米/升，特別是至少10平方米/升。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述面積/體積比是大約13平方米/升。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述氧氣滲透性系數(shù)是大約0.066厘米/分鐘或更高。
一個(gè)實(shí)施方案可以保證所述透析液容器具有一個(gè)用于提供氣體和用于脫除氣體的裝置。
此外，本發(fā)明方法可以保證所述膜組件、所述用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和/或透析液容器具有升高的壓力。
本發(fā)明方法可以保證所述第一氣體和第二氣體各自相互獨(dú)立地選自空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳及其混合物?br> 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第二氣體是氧氣。
在一個(gè)替代性實(shí)施方案中，所述第二氣體是二氧化碳。
本發(fā)明方法可以保證所述細(xì)胞選自微生物細(xì)胞、真菌細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。
非常特別優(yōu)選所述細(xì)胞是大腸埃希氏菌(Escherichia coli)細(xì)胞。
此外，本發(fā)明的目的是通過一種膜組件來實(shí)現(xiàn)的，所述膜組件包括至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，每個(gè)空間有一種液體流過，一個(gè)空間中的液體是透析液而另一個(gè)空間中的液體是培養(yǎng)液，而且其中該膜組件包括至少一個(gè)供氣裝置而且在由膜隔開的這些空間中的至少一個(gè)空間中的供氣裝置具有一個(gè)出口。
一個(gè)實(shí)施方案保證所述膜具有一個(gè)管的形狀而且其容積形成兩個(gè)空間之一。
就此而論，可進(jìn)一步保證由所述管狀膜形成的空間的直徑是大約3至10毫米，優(yōu)選6至8毫米。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的膜組件包括由一個(gè)管狀膜形成的許多空間。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述供氣裝置的一個(gè)出口位于由所述管狀膜形成的空間中的至少一個(gè)空間。
就此而論，可進(jìn)一步保證所述供氣裝置的出口位于由所述管狀膜形成的空間之外的一個(gè)空間。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述供氣裝置是一個(gè)管。
在一個(gè)非常特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述管以同心的方式排列于所述空間。
本發(fā)明的膜組件可保證所述管的內(nèi)徑為0.2毫米至3毫米。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述供氣裝置的出口形狀做得像一個(gè)噴嘴。
根據(jù)本發(fā)明，該目的還是通過本發(fā)明的膜組件在本發(fā)明方法中的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)的。
此外，該目的是通過使用一種膜組件而實(shí)現(xiàn)的，所述膜組件具有這樣一個(gè)氣體滲透性系數(shù)，該系數(shù)足夠高以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換，和/或具有一個(gè)適當(dāng)高的面積/體積比以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換。
關(guān)于所述這兩個(gè)因素以及關(guān)于如何測(cè)定所述因素的更為詳盡的資料可參見對(duì)附圖的描述，也可參見對(duì)本文公開的方法的描述。
此外，該目的根據(jù)本發(fā)明是通過一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和至少一個(gè)插于兩者之間的膜組件，所述膜組件確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述膜組件是本發(fā)明的膜組件。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所述透析液容器包含至少一個(gè)氣體引入裝置。在這方面，一個(gè)技術(shù)前提條件是，該容器包含至少一個(gè)用于供氣的管線和至少一個(gè)用于脫除氣體的(第二)管線。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件的膜具有這樣一個(gè)氣體滲透性系數(shù)，該系數(shù)足夠高以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換，和/或具有一個(gè)適當(dāng)高的面積/體積比以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換。
本發(fā)明基于這樣一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，即，在經(jīng)過膜組件的過程中向待培養(yǎng)的細(xì)胞引入氣體避免了所述細(xì)胞的時(shí)間受限的供氣(在需氧或兼性需氧細(xì)胞的情況下特別是供氧)不足，從而導(dǎo)致較高的細(xì)胞密度。
在本發(fā)明方法范圍內(nèi)使用的反應(yīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。盡管圖2僅表示出一個(gè)膜組件，該反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)然可以包括許多平行插入的膜組件單元。
在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，可保證需要的氣體得以交換或提供，例如在需氧或兼性需氧的生物體的情況下以直接向膜組件中所含培養(yǎng)液中提供氧氣的形式。這在本文中被稱作直接引入氣體。在這方面，可將氣體直接引入從而經(jīng)由結(jié)合在膜組件中的供氣裝置(15，16)將氣體直接提供給通常含有細(xì)胞的培養(yǎng)液。為此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能使用本發(fā)明的膜組件或者使所述膜組件包括于該反應(yīng)系統(tǒng)(當(dāng)在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)使用它時(shí))。
或者，如本文所述，可通過間接引入氣體而在本發(fā)明的方法中進(jìn)行在膜組件所含培養(yǎng)液中需要的氣體交換或其需要的氣體供應(yīng)。氣體的間接引入或提供是通過將氣體引入透析液容器1中的透析液18而進(jìn)行的。這里應(yīng)用供氣管線21和脫氣管線22并且通常還有攪拌器23。借助泵9將富含氣體的透析液泵送通過膜組件8并且可經(jīng)由膜3將氣體釋放到培養(yǎng)液。對(duì)間接引入氣體而言重要的參數(shù)，除了將氣體引入透析液容器的能力外，還有膜組件的膜對(duì)所述氣體(即，被引入的氣體)的滲透性系數(shù)，以及膜組件的面積/體積比。
在這方面，在本發(fā)明的方法中同時(shí)應(yīng)用這兩種引入氣體的形式是屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的，但在培養(yǎng)細(xì)胞的過程中，很可能有這樣的階段，其中僅應(yīng)用兩種引入氣體的形式之一。
因此，僅直接引入氣體和僅間接引入氣體都是極端的情況。
根據(jù)引入氣體所能利用的膜面積的比例，其對(duì)待輸送氣體的滲透性以及將有氣體引入其中、并存在于膜組件8中的培養(yǎng)體積，氣體的直接引入(經(jīng)由供氣裝置15，16)和間接引入(經(jīng)由膜3)的比例將有所不同。在這方面，理論上還有必要考慮所述氣體(它可被引入帶有透析液的容器，更精確地說，引入含于其中的透析液)的量。
如果，例如，由于膜組件的高面積/體積比和/或所用膜對(duì)所述氣體的高滲透性系數(shù)，通過膜組件8間接引入氣體(在需氧和兼性需氧細(xì)胞的情況下，特別是氧氣)使經(jīng)由膜的充分氣體供應(yīng)成為可能，就可以省去經(jīng)由特殊供氣裝置或使用本文公開的膜組件的直接氣體引入。
與氣體引入方式無關(guān)，所述膜組件中采用的膜通?？砂ㄣ~紡(再生纖維素)、聚酰胺、聚丙烯、聚砜或其它天然或合成的物質(zhì)。該膜可以是一種透析膜(截?cái)嘀?0000道爾頓)、微孔膜(截?cái)嘀?.2μm)或者其滲透性(截?cái)嘀?介于兩者之間的膜。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述膜在功能上也是本發(fā)明膜組件中和/或本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)中的一種透析膜。
就本發(fā)明方法以及本發(fā)明膜組件和反應(yīng)系統(tǒng)而言，所有的膜都有透析膜的特征。
現(xiàn)有技術(shù)中，由再生纖維素(例如銅紡)制成的膜通常被稱為透析膜。該膜不適合用作過濾器，因?yàn)闆]有通過該(透析)膜的水力穿流。在跨膜壓差下在透析膜(例如銅紡膜)中發(fā)生的水力流動(dòng)非常低。所述(透析)膜的實(shí)際功能基于這樣的事實(shí)，即，通過擴(kuò)散可借助膜平衡掉濃度差。
例如，如果采用孔小于0.2μm的微孔膜并避免了跨膜壓差的形成，那末也是在這種情況下，借助擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行通過膜的輸送。在所述條件下，基本上避免了水力穿流。
在本發(fā)明方法(它通常在沒有跨膜壓差的情況下進(jìn)行)的范圍內(nèi)，多孔膜、特別是微孔膜與水力密封膜(實(shí)際的透析膜)沒有區(qū)別。
本文選用的術(shù)語，即，“該膜功能上是一個(gè)透析膜”，應(yīng)根據(jù)所述上下文加以理解。換句話說，在本發(fā)明方法或本發(fā)明膜組件或本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)的范圍內(nèi)，使用一種本義意義上的透析膜。然而，也可以這樣規(guī)定，使用多孔模、特別是微孔膜，只要該膜在功能上像透析膜那樣發(fā)揮功能即可，即，只要它不表現(xiàn)水力穿流，或者，如果發(fā)生水力穿流，其程度與通過擴(kuò)散經(jīng)由膜進(jìn)行的物質(zhì)輸送相比總體上較小。多孔膜或微孔膜的特性的所述變化可能是由于利用或操作膜的方式，更準(zhǔn)確地說，可能是由于不像例如在灌注系統(tǒng)中那樣施加通過膜的任何壓力。
實(shí)施例闡述了本領(lǐng)域技術(shù)人員在這方面必須考慮的事項(xiàng)。
現(xiàn)將以附圖為基礎(chǔ)，在下文進(jìn)一步闡述本發(fā)明，所述附圖產(chǎn)生本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案。附圖中，
圖1表示一個(gè)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)培養(yǎng)空間2、一個(gè)透析液容器1和一個(gè)包含透析膜3的獨(dú)立的膜組件8；圖2表示本發(fā)明的反應(yīng)系統(tǒng)，它是在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)使用的；圖3表示本發(fā)明的膜組件；和圖4表示得自Gambro Medizintechnik GmbH的板式組件。
在說明書引言部分已經(jīng)簡(jiǎn)要討論了
圖1，它描述了普通反應(yīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，在所示類型的反應(yīng)系統(tǒng)中，包含透析膜3的膜組件8位于培養(yǎng)空間2之外。
培養(yǎng)空間2含有培養(yǎng)液17，而且在接種狀態(tài)下含有待培養(yǎng)的細(xì)胞，這些細(xì)胞經(jīng)由供應(yīng)管線5而提供氧氣?？商峁┭鯕猓员闾峁┛諝?、空氣/氧氣混合物或者純氧。供應(yīng)管線5出口處形成的氣泡7在培養(yǎng)液中向上移動(dòng)并進(jìn)一步被培養(yǎng)空間2中的攪拌器4分散。于是，殘留的氣體，合適時(shí)與氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物一起，經(jīng)由排放管線6從培養(yǎng)空間脫除。培養(yǎng)空間2經(jīng)由管線13和14與包含透析膜3的膜組件8相連。借助泵10，培養(yǎng)液從培養(yǎng)空間2泵送到膜組件并從那里再次經(jīng)由管線14送入培養(yǎng)空間2。透析液容器1充滿透析液并經(jīng)由管線11和12與包含透析膜3的膜組件8相連。利用泵9將透析液從透析液容器1泵送通過膜組件8并經(jīng)由管線12再次引入透析液容器1。
在該示意性的闡述中沒有表示出用于反應(yīng)系統(tǒng)的其它裝置，因?yàn)樗鼈兪潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的，例如，測(cè)量裝置、采樣裝置、用于提供和排放培養(yǎng)基并且還用于提供和排放基質(zhì)的裝置、用于更換透析液的裝置等。
在這方面，本發(fā)明的方法可采用圖2中所示的本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是從
圖1中所示反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)一步開發(fā)的。它包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和一個(gè)插于兩者之間的膜組件，所述膜組件充當(dāng)透析組件。該膜組件可以是如圖3中一個(gè)實(shí)施方案中所示的本發(fā)明的膜組件，也可以是這樣一個(gè)膜組件，即，它具有足夠高的氣體滲透性系數(shù)以確保充分的間接供氣而培養(yǎng)液流經(jīng)該膜組件，和/或具有適當(dāng)高的面積/體積比以確保充分的供氣而培養(yǎng)液流經(jīng)該膜組件(根據(jù)本發(fā)明該膜組件用于本發(fā)明的反應(yīng)系統(tǒng))。然而，也有可能同時(shí)采用這兩種引入氣體的方式，于是，反應(yīng)系統(tǒng)如圖2所示設(shè)置。
下面討論各種可實(shí)現(xiàn)的引入氣體的方式。在這方面，如果空氣或氧氣是所述的氣體，那末在各種情況下所述的這個(gè)方面并不限于所述的特定氣體，而僅用于通過實(shí)例加以闡述。原則上，在本發(fā)明范圍內(nèi)可能使用任何氣體。
在這方面，直接引入氣體的方式是這樣的作為供氣裝置的管16在膜組件中管狀膜的底部同心排列。在這種情況下，這些管代表供氣裝置。在本實(shí)施方案中，在提高的壓力下將含氧氣體通過所述管引入膜的內(nèi)部空間(即，由管狀膜形成的空間)，該空間含有培養(yǎng)液以及待培養(yǎng)的細(xì)胞。在本例中，這些管通過供應(yīng)管線15相互連接。內(nèi)徑為0.2-3mm的這些管可以在氣體出口區(qū)域中包括一個(gè)變窄區(qū)，該變窄區(qū)可形成一個(gè)噴嘴以便限制逸出氣體的量。供應(yīng)管線15為生物體培養(yǎng)物提供空氣，所述空氣也可混有氧氣。也可采用純氧作為引入的氣體。還可使膜組件完全經(jīng)受提高的壓力以便提高所述氣體混合物中氧氣的分壓，從而同樣提高進(jìn)入含生物體的懸浮液中的氧氣供應(yīng)。
在本發(fā)明的方法中，通過經(jīng)由供氣管線2 1將氣體引入透析容器1并由此將透析液中的氧氣濃度提高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的間接引入。氧濃度降低了的氣體經(jīng)管線22離開透析容器。含氧氣的透析液經(jīng)泵9輸送到膜組件8，氧氣在此處經(jīng)由透析膜釋放到含有待培養(yǎng)的細(xì)胞(例如微生物)的懸浮液中。所述間接供氣(即，間接供氧)主要取決于膜輸送(本例中)氧的能力，和/或取決于相對(duì)于待供氣的體積而言的可提供的膜面積。
如圖4中示意性描述的得自Gambro的膜組件具有上述性質(zhì)。圖4中，這些平板膜3以一定的距離排列，在每種情況下，由兩個(gè)膜形成一個(gè)有培養(yǎng)液17流過的空間。透析液18流經(jīng)外部。這些膜由一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)19支撐。
結(jié)合圖4給出了對(duì)膜組件的詳細(xì)描述。
正如已經(jīng)描述過的那樣，在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，除了直接引入氣體之外，還可以通過采用圖4所示膜組件來間接引入氣體。在這方面，當(dāng)直接引入氣體已經(jīng)是充分的情況下，同樣可以省掉經(jīng)由透析液的間接引入氣體。相反，當(dāng)膜組件因其高的面積/體積比和有利的輸送性能而確保充分的供氣時(shí)，也可以省掉經(jīng)由配有供氣裝置的膜組件(如圖3所示)的直接氣體引入。
所述反應(yīng)系統(tǒng)的操作、其技術(shù)設(shè)備和培養(yǎng)細(xì)胞的方法(它可通過利用所述反應(yīng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn))在其它方面分別類似于如關(guān)于
圖1中發(fā)明裝置所闡述的反應(yīng)系統(tǒng)、設(shè)備和方法。在這方面，將幾乎相同的流體靜壓優(yōu)選施加到由膜形成的兩個(gè)空間。另外，優(yōu)選這兩個(gè)容器(它們的容積與所述膜相連)中的壓力水平幾乎是相同的。
在我們的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)實(shí)際上已經(jīng)產(chǎn)生了優(yōu)異的結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)涉及大腸埃希氏菌培養(yǎng)物和圖2中所示的設(shè)置并且使用圖4中描述的膜組件以及其中討論過的氧氣供應(yīng)。所獲得的160克干重/升的細(xì)胞密度相當(dāng)于使用一種其中將膜直接結(jié)合入反應(yīng)空間的反應(yīng)系統(tǒng)所獲得的細(xì)胞密度。實(shí)驗(yàn)表明，生長(zhǎng)不受時(shí)間受限的氧氣缺乏的損害。
如果在一種情況下希望進(jìn)一步提高經(jīng)由膜的氧氣供應(yīng)，可為其提供進(jìn)一步的措施。例如，可以另外經(jīng)由管線20在透析液側(cè)向膜組件引入氧氣(圖2)。在穿過膜的過程中，將所述氧氣溶于透析液。于是，提高了對(duì)供氧至關(guān)重要的負(fù)濃度梯度(C1-C2)平均。
通過提高圖2設(shè)置的整體壓力水平也可提高透析液中的氧濃度。在將壓力加倍(例如，從105Pa的常壓到2×105Pa)的情況下，透析液中的相應(yīng)氧含量也可加倍。其結(jié)果是，相應(yīng)地提高了膜組件或透析膜中的培養(yǎng)基的氧氣供應(yīng)(此處，術(shù)語“膜組件”和“透析組件”可以作為同義語使用)。
本發(fā)明用于培養(yǎng)細(xì)胞的方法包括下列步驟中的一個(gè)或多個(gè)，在這種普通反應(yīng)系統(tǒng)中培養(yǎng)的方法原則上是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的a)提供一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)培養(yǎng)容器(培養(yǎng)空間)、一個(gè)包括本發(fā)明的裝置的外部膜組件(即，本發(fā)明的膜組件)或者一個(gè)具有所需性質(zhì)(面積/體積比、氧滲透性系數(shù))的可商購(gòu)的膜組件，以及一個(gè)透析液容器，并且所述反應(yīng)系統(tǒng)以及含于其中的液體都優(yōu)選被滅菌；b)用待培養(yǎng)的細(xì)胞接種培養(yǎng)容器；c)提供合適的溫度、基質(zhì)供應(yīng)和氧氣供應(yīng)；d)將含有待培養(yǎng)細(xì)胞懸浮液的培養(yǎng)液從培養(yǎng)容器引導(dǎo)通過透析裝置并將培養(yǎng)液引導(dǎo)返回培養(yǎng)容器，同時(shí)將透析液從透析液容器通過透析裝置循環(huán)回透析液容器，其中優(yōu)選將兩股液流逆流引導(dǎo)，和e)收獲培養(yǎng)的細(xì)胞。
盡管上述實(shí)施方案大部分是在培養(yǎng)微生物、特別是大腸埃希氏菌方面進(jìn)行的，但本發(fā)明裝置、反應(yīng)系統(tǒng)或方法的應(yīng)用決不限于此。
在本發(fā)明裝置、應(yīng)用、反應(yīng)系統(tǒng)和方法中使用的細(xì)胞還可以是光合細(xì)胞，而不管它們是原核細(xì)胞還是真核細(xì)胞，因而可以是具有光合活性的微生物或植物細(xì)胞。
于是，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及為細(xì)胞提供氧氣。
本發(fā)明的另一方面涉及在氣體或氣態(tài)代謝產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)物中出現(xiàn)時(shí)將它們脫除的方法。在這方面，這樣的一個(gè)想法起到這樣的作用，即，引入氣體的方法原則上，至少對(duì)于涉及的物化過程而言，與脫除氣體的方法相似。在這方面，可能在引入、特別是鼓入一種氣體的影響下，從液體中脫除另一種氣體或同一種氣體。本例中，所述液體可以是培養(yǎng)空間液體(培養(yǎng)基)和/或透析液。就此而論，可以使用本發(fā)明的裝置從反應(yīng)系統(tǒng)或其一個(gè)部分中的液體中脫除氣體。對(duì)本發(fā)明的膜組件的使用情況也是如此。
將通過實(shí)例給出一些培養(yǎng)系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，已經(jīng)證明除去氣態(tài)代謝產(chǎn)物是有利的。
在光合活性細(xì)胞(例如植物細(xì)胞或藻類)的情形中，通常向培養(yǎng)基中加入二氧化碳。這可通過使用一種適當(dāng)設(shè)計(jì)的膜組件或者本發(fā)明的裝置進(jìn)行，為設(shè)計(jì)氣體引入裝置或使用的膜組件而進(jìn)行計(jì)算，這些計(jì)算類似于上面對(duì)大腸埃希氏菌培養(yǎng)物的供氧所做的計(jì)算并且能使本領(lǐng)域技術(shù)人員為培養(yǎng)物提供所需用量的二氧化碳。同時(shí)，在這類細(xì)胞的高密度培養(yǎng)物的情形中，有必要從培養(yǎng)基中脫除因細(xì)胞的光合活性而產(chǎn)生的氧氣。這也可通過使用本發(fā)明的裝置或通過使用一種膜組件來實(shí)現(xiàn)。典型的情況是，將使用空氣和二氧化碳的混合物并設(shè)定合適的分壓而將氣體引入。
本發(fā)明涉及按本發(fā)明從液體脫除氣體的這個(gè)方面的另一個(gè)實(shí)例是培養(yǎng)火球菌屬(Pyrococcus)。這里，引入氮?dú)饣蛘咭环N氮?dú)夂投趸嫉幕旌衔镌诋a(chǎn)生高細(xì)胞密度方面是成功的。此處以參考文件的形式引入關(guān)于該內(nèi)容的相應(yīng)的公開內(nèi)容，Krahe，M.FEMS Microbiologyreviews 18(1995)271-285。
無論何時(shí)，對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞來說提供或脫除氣體是有用的或必要的時(shí)候，或換句話說，培養(yǎng)物的氣體代謝對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞至關(guān)重要的時(shí)候，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將(能夠)使用本發(fā)明的裝置、應(yīng)用、反應(yīng)系統(tǒng)和方法。
上述反應(yīng)系統(tǒng)可用于本發(fā)明的方法。在這方面，可以保證含有透析液的容器1或?qū)嶋H的培養(yǎng)容器(即，培養(yǎng)空間)或者這兩者間歇、半連續(xù)或連續(xù)操作。除了將氣體引入本發(fā)明的裝置外，可將氣體引入培養(yǎng)空間和/或引入透析液容器，更精確地說，引入透析液(或透析物18)。原則上，可以在培養(yǎng)容器中培養(yǎng)任何形式的細(xì)胞，即，原核細(xì)胞和真核細(xì)胞，特別是微生物、真菌細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。細(xì)胞通常以懸浮液的形式存在于培養(yǎng)容器中。關(guān)于操作，特別是培養(yǎng)容器的操作，任何想象得到的供料策略都是可能的，例如，特別是還有流加或分流加料策略，它已描述于例如，Ogbonna，J.Ch.and Mrkl，H.；Biotechnoloy and Bioengineering Vol.41，pp.1092-1100(1993)，其全部公開內(nèi)容引入本文作參考。否則，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)條件，向培養(yǎng)物中選擇性地添加限制性基質(zhì)，例如，碳源、氮源和/或特定的鹽。
圖3表示本發(fā)明的膜組件，例如，它可以作為膜組件8結(jié)合入
圖1或圖2中所示的反應(yīng)系統(tǒng)中，即，它可以作為單獨(dú)的膜組件8插在培養(yǎng)空間2和透析液容器1之間。
膜組件8由總共兩組空間構(gòu)成，在每種情況下，這些空間中有兩個(gè)或更多個(gè)是存在的，一方面是那些培養(yǎng)液17位于其中或有所述培養(yǎng)液流過的空間，另一方面是那些含有透析液的空間。本例中，膜組件8中的透析膜形成管，此處簡(jiǎn)稱為管狀膜，培養(yǎng)液通過該管狀膜導(dǎo)入。透析液流經(jīng)位于兩者之間并且由膜材料與培養(yǎng)液隔開的空間。膜組件經(jīng)由進(jìn)料管線13和排放管線14與培養(yǎng)容器連接。在培養(yǎng)空間2中的懸浮培養(yǎng)物的情況下，此處細(xì)胞從底部到頂部流經(jīng)管狀膜的內(nèi)部。經(jīng)由管線11和12與透析液容器1交換的透析液圍繞膜的外壁流動(dòng)。在這方面，在每種情況下，進(jìn)料管線13和排放管線14以及進(jìn)料管線11和排放管線12形成一個(gè)構(gòu)造，該構(gòu)造分別用于將液體培養(yǎng)基提供給由管狀膜形成的空間和從該空間排放出來，和將液體培養(yǎng)基提供給位于由管狀膜形成的空間之外的空間和從該空間排放出來。在這方面，本實(shí)施方案在每種情況下，僅保證將一個(gè)進(jìn)料管線和排放管線分別提供給透析組件的兩側(cè)，即，分別是，透析液，和待透析的液體，即，培養(yǎng)液。然而，在每種情況下，還可以在每一側(cè)提供許多所述進(jìn)料管線和排放管線。
如果本發(fā)明的膜組件以結(jié)合的形式存在于本發(fā)明的反應(yīng)系統(tǒng)中，就有利地通過同時(shí)提高透析液容器1和培養(yǎng)空間2中的壓力來提高膜組件中的壓力。正像我們的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明的那樣，這種措施能毫無問題地在要求的5-15g/(1h)[即，kg O2/m3培養(yǎng)液/小時(shí)]范圍內(nèi)提供氧氣。
氣體或氣體混合物流經(jīng)供應(yīng)管線15通過膜3的內(nèi)部空間，通過排放管線14離開膜組件，從那里到達(dá)培養(yǎng)容器2并且與培養(yǎng)空間2(它同樣有氧氣供應(yīng))的廢氣一起通過培養(yǎng)空間2的蓋中的孔6離開所述培養(yǎng)容器。
氣體以一定的過壓經(jīng)由管16引入膜3的內(nèi)部空間。根據(jù)過壓的量，氣體獲得一定的速度，它以該速度進(jìn)入含有微生物的懸浮液。因?yàn)橐后w使氣體減慢速度，所以液體受到一種沖擊，這造成將液體輸送進(jìn)管狀膜3內(nèi)部。另一種輸送作用由于膜內(nèi)部空間中形成的高氣體含量而引起。由于所述氣體含量在相應(yīng)高的氣體供應(yīng)下比實(shí)際培養(yǎng)空間2中的高，形成了另一種輸送作用(巨大的輸送作用)。為此，在適宜大量的氣體被引入膜組件的情況下，有可能省掉包含本發(fā)明裝置的反應(yīng)系統(tǒng)中的泵10。
通常將膜組件8置于離培養(yǎng)空間2盡可能近的地方，以便在培養(yǎng)空間和膜組件之間的沒有引入氧氣的進(jìn)料管線13盡可能短，于是，僅使培養(yǎng)液中所含細(xì)胞經(jīng)受非常短暫的非最適的氣體供應(yīng)條件。
圖4表示貫穿膜組件的截面，所述膜組件可按照本發(fā)明用于將氣體引入培養(yǎng)細(xì)胞用的培養(yǎng)液。圖4中具體表示的截面來源于可商購(gòu)的板式組件，稱作Gambro LunDiaAlpha 600，Gambro MedizintechnikGmbH。膜材料是Cuprophan。膜的壁厚為8μm(干燥狀態(tài))，膜面積是1.3m2，每個(gè)組件的膜層數(shù)是70。按本發(fā)明操作過程中含有培養(yǎng)液和細(xì)胞的空間17的體積為100ml。
目前，這種膜組件只用于血液透析并且為該目的而制備，但沒有用于培養(yǎng)細(xì)胞，特別是沒有如
圖1和圖2所示用于普通類型的反應(yīng)系統(tǒng)，本文的
圖1和圖2示意性地表示作為獨(dú)立的單元設(shè)置的膜組件的情況。
在研究范圍內(nèi)，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，在特定的前提條件下，也可使用所述可商購(gòu)的膜組件，如果因其面積/體積比和對(duì)氧氣的滲透性系數(shù)而確保了對(duì)細(xì)胞而言充分的間接供氧的話。
為此，必須考慮下述幾個(gè)因素，特別是必須測(cè)定對(duì)氧氣的滲透性系數(shù)，但這可在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)進(jìn)行。例如，對(duì)化合物甘油的滲透性系數(shù)的測(cè)定描述于Mrkl，H.等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.(1993)3948-52。
在作為實(shí)例在此提到的板式組件Gambro LunDia Alpha 600中，預(yù)定的構(gòu)造可以保證極高的膜面積對(duì)體積的比值。
在LunDia Alpha 600的方案中，有效膜面積是1.3m2。有待氧氣供應(yīng)的空間的體積是100ml，于是面積/體積比為F/V＝13m2/l(LunDia)。
為進(jìn)行比較，要論述如圖2所示設(shè)置中使用的膜管的相應(yīng)的面積/體積比。本例中，必須提供該管的內(nèi)部空間。可利用的輸送面積是圓柱狀膜面積的周向表面積。例如，對(duì)直徑為5mm的管的計(jì)算得到F/V＝0.8m2/l(5mm管)。
對(duì)僅為1mm的管直徑，得到如下的一個(gè)值F/V＝4m2/l(1mm管)。
一個(gè)例舉性的計(jì)算表明，利用膜組件LunDia Alpha 600實(shí)際上可能經(jīng)由膜實(shí)現(xiàn)充分的間接供氧基于待供應(yīng)的體積，氧氣輸送為S＝F/V★P★(c1-c2)平均。其中，F(xiàn)/V＝13m2/l。
P是滲透性系數(shù)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一個(gè)Cuprophan類型的膜，當(dāng)它在提到的膜組件中應(yīng)用時(shí)測(cè)得所述系數(shù)為P＝0.066cm/min。該數(shù)值對(duì)厚度為20μm的膜是有效的(厚度是在干燥狀態(tài)下測(cè)定的)。膜組件LunDia Alpha 600采用一種厚度為8μm的Cuprophan膜，從而實(shí)際的滲透性系數(shù)相當(dāng)大而且上面給出的計(jì)算給出相當(dāng)“低”的數(shù)值。
跨過膜的負(fù)濃度梯度(c1-c2)假定為
(c1-c2)平均＝11.45mg/l。
該計(jì)算實(shí)例假定，氧含量為30mg/l的透析物從透析液容器1流到膜組件。此處假定，將純氧引入該容器(純氧的飽和濃度大約為32mg/l)。在膜組件中，將透析物稀釋至4mg/l的濃度。透析物以所述濃度輸送返回容器。于是，在透析物側(cè)，預(yù)計(jì)到一個(gè)氧含量c1，該氧含量從30mg/l(組件入口)降低到4mg/l(組件出口)。培養(yǎng)物側(cè)，氧含量應(yīng)為c2＝1mg/l的常數(shù)值，它對(duì)生物體的生長(zhǎng)來說是足夠的。利用這些假定， 基于培養(yǎng)物體積，假定的數(shù)據(jù)給出如下的對(duì)供氧的數(shù)值S＝5.9g/(l★h)。
既然表示膜對(duì)氧氣的滲透性的實(shí)際的滲透性系數(shù)實(shí)際上比計(jì)算中假定的數(shù)值0.066cm/min要大得多(這是由于僅為8μm的低的膜厚度)，膜中生物體懸浮液的供氧事實(shí)上將比此處由計(jì)算所指出的情況好。由此可以假定，經(jīng)由膜對(duì)外部膜組件中的微生物的供氧在可視為“充分”的范圍內(nèi)，如果面積/體積比足夠大并且膜具有良好的氧氣滲透性的話。
術(shù)語“充分”是針對(duì)特定細(xì)胞的需要或者針對(duì)在培養(yǎng)容器2中提供的供應(yīng)量而言的。例如，對(duì)大腸埃希氏菌的工業(yè)培養(yǎng)物而言，通常的數(shù)值在5-15g/(lh)的范圍內(nèi)。
由于有這些關(guān)系，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員如果知道每種情況下使用的組件的氧氣滲透性系數(shù)以及面積/體積比或者對(duì)其進(jìn)行測(cè)定后，就有可能輕易地確定所述膜是否適合于本發(fā)明的應(yīng)用。在膜組件不能確保所需的氣體供應(yīng)的情況下，可使用一種按照?qǐng)D3的膜組件，接著是間接供氧和直接供氧。
本發(fā)明人完全意外地認(rèn)識(shí)到上述的關(guān)系，特別是將本來只是用于血液透析的系統(tǒng)用作普通反應(yīng)系統(tǒng)中的一個(gè)獨(dú)立的膜組件的可能性，所述普通反應(yīng)系統(tǒng)中，如同關(guān)于圖2進(jìn)一步闡釋的那樣，將氧氣引入透析液容器1，用該方式富集了的透析液輸送足夠的氧氣以便提供給培養(yǎng)空間2和其中所含的細(xì)胞，并且在又一方面，以便特別是將氧氣以充分而必要的方式提供給那些經(jīng)過膜組件時(shí)氧氣受到限制的細(xì)胞，以便細(xì)胞經(jīng)過膜組件時(shí)培養(yǎng)液中可得到的細(xì)胞密度不受所述氧氣限制的限制。盡管象開始時(shí)已經(jīng)闡述過的那樣，應(yīng)用透析膜脫除毒性代謝產(chǎn)物是已知的，但人們不知道的是，使用適當(dāng)?shù)哪r(shí)，可能同時(shí)確保上述的氧氣供應(yīng)。因此，在本發(fā)明的裝置和本發(fā)明的應(yīng)用之間存在者一個(gè)關(guān)系，于是，待解決的問題是避免細(xì)胞經(jīng)過膜組件時(shí)所述細(xì)胞的氧氣限制。在本發(fā)明裝置的情形中，這是通過優(yōu)選向膜狀膜的內(nèi)部空間鼓入氧氣而實(shí)現(xiàn)的；而在可商購(gòu)的板式組件的本發(fā)明應(yīng)用中，選擇那些具有足夠高的面積/體積比和足夠高的氧氣滲透性系數(shù)的組件，以便透析液容器1中的富含氧氣的透析液可以經(jīng)由透析膜釋放所述氧氣到經(jīng)過膜組件的細(xì)胞。在這兩種情形中，經(jīng)過膜組件的細(xì)胞的氧氣限制問題得到解決。
前述的圖4中示意性表示的膜組件可用于普通的反應(yīng)系統(tǒng)，例如，如圖2中所表示的。
對(duì)于以各種實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明來說，上述說明書以及書和附圖中公開的本發(fā)明的特征(單獨(dú)的和以任何需要的組合形式)，可能是必不可少的。
參考標(biāo)號(hào)一覽表1 透析液容器2 培養(yǎng)空間3 透析膜4 攪拌器(在培養(yǎng)空間中)5 供氣管線6 排出空氣管線7 氣泡8 膜組件9 泵(用于透析液)10 泵(用于培養(yǎng)液)11 管線(用于透析液)12 管線(用于透析液)13 管線(用于培養(yǎng)物懸浮液)14 排放管線(用于培養(yǎng)物懸浮液)15 供應(yīng)管線(用于管16)16 管17 培養(yǎng)液18 透析液19 支撐結(jié)構(gòu)20 管線(至膜組件)21 供氣管線22 排出空氣管線23 攪拌器(在透析液容器中)
權(quán)利要求
1.一種利用一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)細(xì)胞的方法，其中，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和一個(gè)膜組件，所述膜組件使所述兩個(gè)空間彼此連通并且該膜組件具有至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，一種透析液流過其中一個(gè)空間而一種含有細(xì)胞的培養(yǎng)液流過其中第二個(gè)空間，并且將第一氣體引入用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間中的培養(yǎng)液，其特征在于，將第二氣體引入膜組件中的培養(yǎng)液，而且所述膜功能上是一個(gè)透析膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過將第二氣體直接引入膜組件中的培養(yǎng)液而將氣體直接通入存在于膜組件中的培養(yǎng)液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過將第二氣體引入透析液容器中的透析液而且氣體從那里經(jīng)由膜組件的膜到達(dá)存在于膜組件中的培養(yǎng)液而將氣體間接通入存在于膜組件中的培養(yǎng)液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，將氣體同時(shí)直接和間接地引入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述膜組件包括至少一個(gè)供氣裝置，并且所述供氣裝置向由膜隔開并且攜帶一種液體的空間中的至少一個(gè)空間提供第二氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述供氣裝置具有一個(gè)出口，該出口特別是位于攜帶培養(yǎng)液的膜組件空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，所述供氣裝置是一個(gè)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述供氣裝置具有噴嘴的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述膜組件的膜由一種選自再生纖維素、聚酰胺、聚丙烯和聚砜的材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4和9的方法，其特征在于，所述膜組件是一種板式組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述膜組件的膜是一種透析膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，所述透析膜材料是銅紡。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述膜組件由于其面積/體積比和其氣體滲透性系數(shù)而為細(xì)胞提供充分的氣體交換。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述面積/體積比是至少大約5平方米/升，特別是至少10平方米/升。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所述面積/體積比是大約13平方米/升。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述氧氣滲透性系數(shù)是大約0.066厘米/分鐘或更高。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述透析液容器具有一個(gè)用于提供氣體的裝置和/或一個(gè)用于脫除氣體的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述膜組件、所述用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和/或透析液容器具有升高的壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述第一氣體和第二氣體各自相互獨(dú)立地選自空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳及其混合物?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述第二氣體是氧氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述第二氣體是二氧化碳。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述細(xì)胞選自微生物細(xì)胞、真菌細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，所述細(xì)胞是大腸埃希氏菌細(xì)胞。
24.一種膜組件，它包括至少兩個(gè)由一個(gè)膜隔開的空間，每個(gè)空間有一種液體流過，一個(gè)空間中的液體是透析液而另一個(gè)空間中的液體是培養(yǎng)液，其特征在于，該膜組件包括至少一個(gè)供氣裝置而且在由膜隔開的這些空間中的至少一個(gè)空間中的供氣裝置具有一個(gè)出口。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的膜組件，其特征在于，所述膜具有一個(gè)管的形狀而且其容積形成兩個(gè)空間之一。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的膜組件，其特征在于，由所述管狀膜形成的空間的直徑是大約3至10毫米，優(yōu)選6至8毫米。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26的膜組件，其特征在于，所述膜組件包括由一個(gè)管狀膜形成的許多空間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的膜組件，其特征在于，一個(gè)供氣裝置出口位于由所述管狀膜形成的空間中的至少一個(gè)空間。
29.根據(jù)權(quán)利要求24至28任一項(xiàng)的膜組件，其特征在于，所述供氣裝置出口位于由所述管狀膜形成的空間之外的一個(gè)空間。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至29任一項(xiàng)的膜組件，其特征在于，所述供氣裝置是一個(gè)管。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的膜組件，其特征在于，所述管以同心的方式排列于所述空間。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31的膜組件，其特征在于，所述管的內(nèi)徑為0.2毫米至3毫米。
33.根據(jù)權(quán)利要求24至32任一項(xiàng)的膜組件，其特征在于，所述供氣裝置出口形狀做得像一個(gè)噴嘴。
34.權(quán)利要求24至33任一項(xiàng)的膜組件作為膜組件在權(quán)利要求1至23任一項(xiàng)的方法中的用途。
35.一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的反應(yīng)系統(tǒng)，它包括一個(gè)透析液容器、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的空間和至少一個(gè)插于兩者之間的膜組件，所述膜組件確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述膜組件是如權(quán)利要求24至33任一項(xiàng)所述的膜組件。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述透析液容器包含至少一個(gè)氣體引入裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求35或37的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述膜組件的膜具有這樣一個(gè)氣體滲透性系數(shù)，該系數(shù)足夠高以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換，和/或具有一個(gè)適當(dāng)高的面積/體積比以便確保培養(yǎng)液經(jīng)過該膜組件過程中充分的供氣或者位于該膜組件中的培養(yǎng)液中的充分的氣體交換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)細(xì)胞的方法,其中,所述反應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)用于透析液的室、一個(gè)用于培養(yǎng)細(xì)胞的室和一個(gè)膜組件,所述膜組件連通這兩個(gè)室,每個(gè)膜組件具有至少兩個(gè)由所述膜彼此隔開的室,所述室之一充滿透析液而另一室則充滿含有細(xì)胞的培養(yǎng)液。將第一氣體引入用于細(xì)胞培養(yǎng)的所述室中的所述培養(yǎng)液,而將第二氣體引入膜組件中的所述培養(yǎng)液。所述膜是一種功能性透析膜。
文檔編號(hào)C12M1/04GK1384874SQ00813105
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2000年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月21日
發(fā)明者H·馬克爾, K·瑪爾, G·艾斯博倫納, R·斯塔爾 申請(qǐng)人:阿文蒂斯藥物德國(guó)有限公司